Newport激光二極管老化測(cè)試設(shè)備的溫度設(shè)置精度

  概述

  鑒于激光二極管的輸出功率與溫度間的微妙關(guān)系，一個(gè)成功的老化或壽命測(cè)試取決于測(cè)試系統(tǒng)精確且均勻地控制器件溫度的能力。LRS-9434測(cè)試系統(tǒng)采用一系列專門設(shè)計(jì)的夾具以確保溫度設(shè)置精度在40-150°C的范圍內(nèi)保持在±2.0°C。溫度設(shè)置精度被定義為夾具加熱片上任何一個(gè)器件裝載點(diǎn)周圍的實(shí)測(cè)溫度與系統(tǒng)設(shè)定溫度之間的差值。溫度設(shè)置精度既描述了夾具中器件裝載點(diǎn)的溫度控制精度又表征了每個(gè)器件裝載位置的溫度均勻性。通過(guò)AD590傳感器反饋溫度，由電熱棒加熱，采用風(fēng)冷方式降溫以此形成完整的溫度控制回路。溫度設(shè)置精度通過(guò)夾具的幾何設(shè)計(jì)與一套先進(jìn)的溫度控制算法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化。

       測(cè)試設(shè)置

  單個(gè)LRS-9434夾具與三個(gè)4線RTD配套，這三個(gè)RTD分別安裝在位于夾具熱沉片的前、中、后位置。包含Agilent 20信道多路復(fù)用器(34901A)的Agilent DAQ控制單元(34970A)用于監(jiān)測(cè)三個(gè)RTD的輸出。使用電阻負(fù)載(每個(gè)都具備0.5 W的加熱輸出功率)替換夾具的32個(gè)器件，以模擬真實(shí)半導(dǎo)體激光器芯片的發(fā)熱。驅(qū)動(dòng)電源以及夾具的散熱氣流由LRS-9434的CMM(測(cè)量控制模塊)供。RTD測(cè)量結(jié)果以.csv文件格式輸出，如此便可在測(cè)試完成后對(duì)其進(jìn)行比較。

  測(cè)試過(guò)程

  當(dāng)溫度設(shè)置點(diǎn)以10度的增量從40°C向150°C變化時(shí)，位于上述三個(gè)位置的夾具加熱板溫度都被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在每一溫度設(shè)置點(diǎn)，總的器件廢熱在0-16 W之間變化。在任一條件和位置，實(shí)際溫度會(huì)與設(shè)置溫度作比較。

  結(jié)果

  圖1展示了不同功率、溫度、位置的溫度誤差圖。測(cè)量最大與最小值之間的偏差(紫色表示)隨著設(shè)定溫度的增高趨于增大，并且，在大部分條件下具有正的誤差。

圖 1

  精度優(yōu)化

  在運(yùn)行中，溫度由位于夾具中心附近的單個(gè)AD590測(cè)量和控制。在夾具加熱板上存在局部溫度梯度，溫度越高，溫度梯度越大。這些溫度梯度是由于夾具的幾何形狀導(dǎo)致的，在較高溫度下通常會(huì)導(dǎo)致誤差增大(如圖1、2所示)。通過(guò)表征這一效應(yīng)，可以減小相對(duì)于溫度設(shè)定值的誤差。在每個(gè)溫度設(shè)定值，每一個(gè)RTD相對(duì)于設(shè)置點(diǎn)的溫度漂移都在圖2中畫(huà)出并進(jìn)行相互比較。找出最佳線性擬合曲線，得到的擬合曲線方程給出斜率和補(bǔ)償值，然后可將其用于溫度傳感器AD590的測(cè)量算法中。在整個(gè)溫度控制范圍內(nèi)，應(yīng)用的校正系數(shù)可最大限度地減少夾具加熱板上的溫度變化與設(shè)定值的誤差。

圖 2

  一旦斜率和補(bǔ)償值用于該夾具，我們對(duì)40-150°C進(jìn)行重復(fù)測(cè)試并再次繪制結(jié)果，以顯示溫度設(shè)定值與設(shè)定值和實(shí)際溫度之間的差異(溫度誤差)。見(jiàn)圖3設(shè)定值和實(shí)際溫度之間的差值(溫度誤差)。

      需要注意的是，在計(jì)入斜率和補(bǔ)償值之前(圖1)，幾乎所有的RTD測(cè)量溫度都比設(shè)置點(diǎn)高，大致接近2.0°C。在計(jì)入斜率和補(bǔ)償值之后，RTD測(cè)試值的中位數(shù)更為接近設(shè)置點(diǎn)，最大誤差不超過(guò)±1.0 °C。圖1和圖3以紫色顯示從最冷到最熱RTD溫度的最大溫度。該值是溫度均勻性的最佳表示，因?yàn)樗@示了夾具中任何兩個(gè)器件位置之間可能存在的最大溫差。

  結(jié)論

  LRS-9434測(cè)試系統(tǒng)能夠在40-150°C的整個(gè)范圍內(nèi)提供優(yōu)于± 2.0°C的溫度設(shè)置精度。

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